Đại học xây dựng hướng dẫn đồ án nền móng thầy quân part 3

PHẦN 4 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC

1


Chương 8: Thiết kế sơ bộ
8.1

Chọn kích thước cọc và biện pháp thi công

- Chiều dài cọc được lựa chọn trước hết dựa vào phân tích điều kiện địa chất cơng trình theo
ngun tắc mũi cọc phải vào được lớp đất tốt. Tuỳ theo điều kiện cụ thể của lớp đất ở mũi c ọc,
chiều sâu ngàm của cọc trong lớp đất này khơng nên ít hơn 3 lần kích thước tiết diện cọc để có
thể phát huy hết khả năng làm việc của đất. Trường hợp đất mũi cọc là cuội sỏi chặt hoặc đá,
chiều sâu ngàm có thể ít hơn. Trong trường hợp này, khả năng chịu lực của đất mũi cọc cần phải
tính tốn hiệu chỉnh cho phù hợp.
Chiều dài cọc, do đó là lớp đất mũi c ọc, còn được xem xét theo sức chịu tải mong muốn (theo
chủ quan của người thiết kế) của cọc để quyết định.
- Kích thước tiết diện cọc chọn phù hợp với chiều dài dự kiến sao cho độ mảnh của cọc trong
phạm vi thích hợp. Độ mảnh của cọc, L/Dc khơng nên vượt q 60 ÷ 100, trong đó L là chiều dài
làm việc của cọc.
Ngồi ra, kích thước tiết diện cọc đúc sẵn cũng cần được chọn phù hợp với chiều dài đoạn cọc
dự kiến. Thông thường, với cọc bê tông cốt thép thường, Dc = 25 (cm) thích hợp với đoạn cọc Lc
≤ 6 ÷ 7(m); Dc = 30 (cm) thích hợp với Ld ≤ 7 ÷ 8(m); Dc = 35 (cm) thích hợp với Ld ≤ 9 ÷12(m).
Cọc có cốt thép ứng suất (kéo) trước có thể cấu tạo đoạn cọc dài hơn. Chiều dài đoạn cọc lớn
thường có lợi khi thi cơng nhưng có thể sẽ gây lãng phí do cốt thép chịu lực thi cơng địi h ỏi
nhiều hơn.
- Biện pháp thi cơng cọc được lựa chọn tuỳ theo điều kiện thực tế về thiết bị và trình đ ộ cơng
nghệ cũng như s ức chịu tải của cọc:
+ Cọc đổ tại chỗ được chọn khi cọc có kích thước lớn, sức chịu tải mong muốn cao ([P] trên vài
nghìn kN) và các biện pháp đóng/ép cọc bị hạn chế hoặc bị cấm;

+ Cọc đúc sẵn nên được ưu tiên lựa chọn vì có khả năng kiểm sốt được chất lượng. Thi cơng
cọc đúc sẵn chủ yếu bằng cơng nghệ đóng hoặc ép có hoặc khơng có khoan mồi. Ảnh hưởng của
hai biện pháp thi công này đối với sự làm việc của cọc nói chung khơng khác nhau.
Ví dụ 3.1. Điều kiện địa chất cơng trình cho trong ví dụ 1.9. Hãy đề xuất phương án cọc
thích hợp với sức chịu tải của cọc được lựa chọn là nhỏ.
Giải:
Phương án cho cọc với sức chịu tải nhỏ:
Nhận xét: lớp 1 là đất sét chảy, khơng thích hợp cho việc đặt mũi cọc. Các lớp 2 và 3 có thể
đặt mũi cọc. Do đó, đối với cọc có sức chịu tải khơng lớn, có thể chọn đặt mũi cọc vào lớp 2
hoặc lớp 3.

2


Sét chảy, B = 1,28;  = 17,5kN/m ;
3

qc = 250 kPa; N = 1 ; N60 = 2
cu = 12 kPa; Eo = 1,2 MPa

Sét cứng, B = 0,03;  = 18,8kN/m ;
3

qc = 1300 kPa; N = 18 ; N60 = 11
’ = 14 30’; c’ = 25kPa
o

cu = 100 kPa; Eo = 6,5 MPa

Cát vừa, chặt vừa, D = 0,60;

 = 19,0kN/m ;
3

qc = 5600 kPa; N = 36 ; N60 = 15
’ = 31 ; Eo = 15 MPa
o

a) Phương án đặt mũi cọc vào lớp 2: lớp sét cứng.
Chiều dài ngàm tối thiểu của cọc vào lớp sét để có thể huy động tối đa sức kháng mũi c ọc là
2Dc, do đó nếu chọn cọc 25 x 25 (cm) ta có chiều dài tối thiểu của cọc nên  4,5 m; chọn cọc 30
x 30 (cm), chiều dài tối thiểu nên  4,6m. Để huy động tối đa ma sát bên, chiều sâu ngàm tối
thiểu là 4Dc. Tương tự toàn chiều dài cọc tối thiểu sẽ là 4,9m và 5,2m.
a.1. Phương án cọc 25 x 25, dài 7m
Với phương án cọc 25 x 25 dài 7 m chỉ nên thiết kế với 1 đoạn cọc, thi cơng theo phương
pháp đóng loại ép đều có thể chấp nhận được. Ưu tiên chọn phương pháp đóng nếu khơng có quy
tắc nào của địa phương ngăn cản.
a.2. Phương án cọc 30 x 30 (cm), chiều dài cọc  8,5m nên thiết kế 1 đoạn. Đối với chiều dài
lớn hơn có thể phải bố trí làm 2 đoạn.
b) Phương án mũi cọc vào lớp 3: đất cát vừa, chặt vừa
– Chiều dài ngàm tối thiểu theo sức kháng mũi:
Ln1 = 9Dc
– Chiều dài ngàm tối thiểu theo sức kháng bên:
Ln2 = 18Dc
Nên chọn cọc có kích thước tiết diện tối thiểu là 30 x 30 (cm) để tận dụng sức kháng mũi
của cọc. Khi đó:
3


Ln1 = 2,7 m; Ln2 = 5,4 m  Chiều dài tối thiểu của cọc không nên dưới 13,5m
Chọn cọc 30 x 30 cm; dài 14m, bố trí làm 2 đoạn.

Ví dụ 3.2. Hãy đ ề xuất phương án cọc thích hợp với điều kiện địa chất cho trong ví dụ 1.10.
Giải:
Trụ địa chất trong ví dụ 1.10

Cát pha dẻo, B = 0,34;  = 18,5kN/m ;
3

qc = 1,9 MPa; N = 12 ; N60 = 12

Bùn sét , B = 1,15;  = 16,8kN/m ;
3

qc = 0,2 MPa; N = 1 ; N60 = 1

Cát vừa, chặt vừa, D = 0,65;  = 20,6kN/m ;
3

Nhận xét: Bên dưới lớp 1 dày 3,5 m là lớp bùn sét dày 7,6 m rất khơng thích hợp cho đặt
mũi cọc. Phương án cọc được đề xuất sẽ phải có chiều dài tối thiểu (11,1m + Ln) trong đó Ln1 
9Dc và Ln2  18Dc.
Có thể sử dụng cọc tiết diện 25 x 25 (cm) hoặc 30 x 30 (cm) đều được. Ưu tiên chọn tiết
diện 30 x 30 cm để tăng cường khả năng ổn định của cọc vì lớp đất yều dày ngay trên lớp mũi
cọc.
Chiều dài tối thiểu của cọc Lmin = 11,1 + 2,7 =13,8m
4


Chọn chiều dài cọc 14,0 m, cấu tạo từ 2 đoạn đúc sẵn, mỗi đoạn 7m.
Ví dụ 3.3. Đề xuất phương án cọc với sức chịu tải lớn phù hợp với điều kiện địa chất trong
ví dụ 1.12

Giải:
Trụ địa chất (từ ví dụ 1.12)
Sét dẻo cứng, B = 0,13;
 = 19,2kN/m ;
3

qc = 5,18 MPa; N = 27 ; N60 = 34

Bùn sét ,  = 16,9kN/m ;
3

qc = 0,4 MPa; N = 2 ; N60 = 2

Cát bụi chặt vừa, D = 0,50;
qc = 4.64 MPa; N = 18 ; N60 = 10

Cát sạn chặt vừa, D = 0,67;
qc = 10.84 MPa;
N = 47 ; N60 = 22

Các lớp đất thứ ba và thứ tư đều có thể lựa chọn thích hợp làm lớp chịu lực ở mũi cọc. Với
yêu cầu phương án cọc có sức chịu tải lớp, lớp thứ tư là thích hợp hơn cả để tựa mũi cọc. Chiều
dài cọc, do vậy không nên ngắn hơn (17,2 + 12Dc).

5


a) Phương án cọc đúc sẵn: đề xuất phương án cọc trịn rỗng (cọc ly tâm) đường kính Dc =
800mm, chiều dài cọc L  25m. Chiều dài cọc sẽ quyết định tùy thuộc sức chịu tải mong muốn.
Chiều dài tối đa không nên quá 60Dc = 48m.

b) Phương án cọc đổ tại chỗ: chọn đường kính cọc Dc = 1000mm, chiều dài tối thiểu L =
30m, chiều dài tối đa L = 60m.
c) Trên cơ sở kinh nghiệm thi cơng ở Việt Nam, việc đóng/ép cọc sâu vào lớp cát mịn chặt vừa
(lớp thứ 4) thường gặp nhiều khó khăn. Phương án cọc đổ tại chỗ sẽ là thích hợp cho lựa chọn
cọc có sức chịu tải lớn với chiều dài không hạn chế. Tùy theo sức chịu tải mong muốn, đường
kính cọc có thể lựa chọn Dc  1000m hoặc sử dụng cọc Barrektte.
8.2

Dự báo sức chịu tải của cọc

Trước khi có bất cứ thí nghiệm trực tiếp nào được tiến hành, sức chịu tải của cọc có thể dự báo
dựa vào kích thước cọc, biện pháp thi cơng và điều kiện địa chất cụ thể nơi có cọc. Có nhiều
phương pháp khảo sát địa chất khác nhau do đó cũng có nhiều cách khác nhau để dự báo sức
chịu tải của cọc và các kết quả cũng khác nhau. Việc lựa chọn giá trị nào từ các kết quả đó do
người thiết kế quyết định dựa trên kinh nghiệm bản thân/khu vực. Kết quả dự báo sẽ được đánh
giá lại sau khi thí nghiệm cọc thử được tiến hành.
8.2.1 Dự báo dựa vào kết quả khoan và phân tích mẫu đất
Sức chịu tải tính tốn của cọc theo đất nền:
=

Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

+

[ ]đ =

đ

Trong đó: mR, m – hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy theo bảng 27 Phụ lục I. Trường hợp cọc
BTCT đóng/ép, mR = m = 1.0; Rn – cường độ kháng mũi c ủa đất lên (mũi) c ọc, lấy theo Error!

Reference source not found. Phụ lục I; Fc – diện tích tiết diện ngang cọc; i – cường độ kháng
bên của đất lớp thứ i lên cọc, lấy theo 23 Phụ lục I; li – chiều dài cọc đi qua lớp đất thứ i; uc –
chu vi tiết diện cọc; kđ – hệ số tin cậy của phương pháp khảo sát, kđ = 1.4.
Ví dụ 3.4. Dự báo sức chịu tải cho phép của cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 30 x 30
(cm) dài 14m thi cơng theo phương pháp đóng vào trong nền đất có các đặc trưng cơ lý cho trong
ví dụ 1.10.
Giải: Trụ địa chất và sơ đồ phân tích cọc.
Theo sơ đồ phân tích ta có:

6


L1 = 1,75m; L2 = 3,5 +
L3 = 11,1m +

7,6
= 7,3m
2

2,9
= 12,55m. L = 14m
2

Cát pha nhỏ
B = 0.34

Bùn sét
B = 1.15

Cát vừa, chặt vừa

b = 0.65

Sức chịu tải tính toán của cọc:
n

p tt  m R (R n .Fc )  m  (u c  i l i )
i 1
3

 m R (R3 .Fc )  m  (u c  i l i )
i 1

7


Trong đó: mR; m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc. Theo bảng 25 phụ lục I, với cọc bê
tơng cốt thép thi cơng theo phương pháp đóng, m R = m = 1;
Fc – diện tích tiết diện cọc, Fc = 0,3 x 0,3 = 0,09 m2;
Uc – chu vi tiết diện cọc, uc = 4. 0,3 = 12m;
Rn – sức kháng giới hạn của đất lên mũi cọc, lấy theo bảng 23 phụ lục I.
R3 = f(đất lớp 3; L) = f(cát vừa, chặt vừa, L = 14) = 4320 kPa.
i = sức kháng giới hạn của đất lên thành bên cọc ở lớp i, lấy theo bảng 22 phụ lục I:
i = f(đất lớp i; Li)
1 = f(cát pha; B = 0,34; L1 = 1,75) = 25kPa
2 = f(bùn sét; B = 1,15; L2 = 7,30) = 0 kPa
3 = f(cát vừa; L3 = 12,55) = 69kPa
ptt = 1,0.4320.0,09 + 1,0.1,2[25.35+0.7,6 + 69.2,9]
=733,9kN
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

P

 P dn  ktt



d

733, 9
 524, 2 kN
1, 4

Chọn  P dn  500 kN.
Ghi chú:
1. Khi xác định I và Rn theo các bảng 22 và 23 của phụ lục I, nếu các giá trị L và/hoặc B
không trùng với giá trị trong bảng thì được phép nội suy.
Ví dụ: a) R3 = f(cát vừa, chặt vừa, L = 14m) được nội suy trong theo giá trị L1 = 10 và L2 =
15 như sau:

R3  R3 (L1  10) 

 4000 

R3 (L 2  15)  R3 (L1  10)
.(L  L1 )
L 2  L1

4400  4000
.(14  10)  4320 (kPa)
15  10

a) 1 = f(cát pha, B = 0,34; L1 = 1,75) được nội suy theo giá trị L1 = 1 và L2 = 2 ứng với B =
0,3 và B = 0,4 để có  tại L = 1,75 tương ứng sau đó nội suy lần 2 theo sự thay đổi của B.
+ Với B = 0,3:

1  1 (L1  1) 

1 (L 2  2)  1 (L1  1)
.(L  L1 )
L 2  L1
8


 23 

30  23
(1,75  1, 00)  28,2 kPa
2 1

+ Với B = 0,4:

1  1 (L1  1) 

 15 

1 (L 2  2)  1 (L1  1)
.(L  L1 )
L 2  L1

21  15

(1,75  1, 00)  19,5 kPa
2 1

+ Với B = 0,34:

1  1 (L1  1) 
 19,5 

1 (L 2  2)  1 (L1  1)
.(L  L1 )
L 2  L1

28, 2  19,5
(0, 40  0,34)  24, 6  25 kPa
0, 4  0,3

Ghi chú 2: Trong bảng 22, các giá trị của B = [0,2;1,0]. Nếu B ngồi khoảng đó nên lấy
dựa vào bảng theo nguyên tắc thiên về an toàn. Cụ thể:
+ Với B  1: lấy  = 0 (vì đất thuộc trạng thái chảy và bùn)
+ Với B  0,2: lấy theo B = 0,2 (vì khi đó đất tốt hơn đất có B = 0,2).
Trong bảng 23, các giá trị của B = [0; 0,6]:
Nếu B  0,6: nên lựa chọn lại chiều dài cọc sao cho mũi cọc đến được lớp đất có B 0,6;
Nếu B  0,0: lựa chọn theo giá trị B = 0,0.
8.2.2 Dự báo dựa vào kết quả thí nghiệm CPT
Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền:
đ

=(

)

Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

Hoặc:

+

=

[ ]đ =
[ ]đ =

đ

+

9

ũ

ũ

+


Trong đó: kn và i là hệ số chuyển đổi, lấy theo Error! Reference source not found. (Phụ lục
hướng dẫn); Fs – hệ số an toàn chung, lấy Fs = 2.0 – 2.5; Fs1 – hệ số an toàn đối với ma sát bên,
Fs1 = 1.0 ÷ 1.5; Fs2 – hệ số an toàn đối với phản lực mũi c ọc, Fs2 = 2.5 ÷ 3.0.
qci – trị trung bình sức kháng mũi của lớp đất thứ i; qcn – sức kháng mũi trung bình của đất ở mũi
cọc (lấy trong khoảng 3Dc trên cao trình mũi cọc đến 5Dc dưới cao trình mũi cọc)

Ví dụ 3.5. Dự báo sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền trong ví dụ 1.12. Biết rằng cọc
bê tơng cốt thép tiết diện vuông 40 x 40 (cm) dài 18m thi công theo phương pháp ép.
Giải:
Trụ địa chất và sơ đồ phân tích cọc trên hình dư ới đây.

10


Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền:
n 
4 
q 
q 
Pdn  (k n .q cn )Fc  u c   ci .l i  (k q .q 4 )Fc  u c   ci .l i
i 1   i 
i 1   i 

Trong đó: Fc = 0,4 x 0,4 = 0,16 m2
uc = 4. 0,4 = 1,6 m.
kn – hệ số chuyển đổi, lấy theo bảng 24 phụ lục I:
kn = f (đất lớp n; qcn; phương pháp thi công)
= f (cát sạn, qc = 10840; đóng) = 0,4
i – hệ số chuyển đổi đối với ma sát bên lớp i:
i = f (đất lớp I; qci; phương pháp thi công)
1 = f (sét; qc = 5180; đóng) = 60
2 = f (bùn sét; qc = 400; đóng) = 30
3 = f (cát bụi; qc = 4640; đóng) = 100
4 = f (cát sạn; qc = 10840; đóng) = 150

1 

q c1 5180

 86,3 kPa
1
60

2 

q c2 400

 13,3 kPa
2
30

3 

q c3 4640

 46, 4 kPa
3
100

4 

q c4 10840

 72,3 kPa
4
150

Để ý rằng, trong phương pháp dự báo này i 

q ci
 i max do đó dựa vào giá trị i max cho
i

trong bảng ( 1max  80 kPa; 2max  15 kPa; 3max  120 kPa; 4 max  150 kPa) ta có:

1  80 kPa; 2  13,3 kPa;
3  46, 4 kPa; 4  72,3 kPa
R4 = k4.qc4 = 0,4.10840 = 4336 kPa
Pđn = 4336.0,16 + 1,6(80.4,5 + 13,3.5,5 + 46,4.7,2 + 72,3.0,9)
11


= 694 + 1331 = 2025 kN
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

P

 P dn  Fxq 
S1

Pmm 1331 694


 1119 kN  1100 kN.
FS2
1,5 3, 0

Chú ý: Chiều dài ngâm cọc vào lớp thứ tư Ln = 0,9m là chưa đủ chiều dài ngâm tối thiểu, do
đó cần phải hiệu chỉnh sức kháng mũi của đất cũng như sức chịu tải của cọc theo q’c4 đã hiệu
chỉnh:

qc4 
=

(3D c  L n )q c3  (5D c  L n )q c4
8D c
(1, 2  0, 9)4, 64  (2, 0  0, 9)10,84
 10, 26 MPa
3, 2

R4 = k4.qc4 = 0,4.10260 = 4103 kPa
Pmũi = 4103. 0,16 = 656 kN
Sự sai khác trong trường hợp này là khơng đáng kể (5%) và có thể bỏ qua.
8.2.3 Dự báo dựa vào kết quả thí nghiệm SPT
Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền:
=(

đ

Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

)

(

+

[ ]đ =

)

đ

Trong đó:  và  – hệ số kinh nghiệm, lấy  = 2(kPa),  = 400(kPa) đối với cọc đóng/ép; Ni – số
đặc trưng SPT trung bình của lớp đất thứ i; Nn – số đặc trưng trung bình SPT của lớp đất dưới
mũi cọc. Fs – hệ số an tồn, lấy Fs = 3.0 ÷6.0
Ví dụ 3.6. Hãy dự báo sức chịu tải cho phép của cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 35 x 35
(cm) dài 18m được thi cơng theo phương pháp đóng trong điều kiện địa chất cơng trình nêu trong
ví dụ 1.11.
Giải: Trụ địa chất và sơ đồ phân tích cọc
Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền:
n

3

i 1

i 1

Pdn  (.N n )Fc  u c   .N i .l i  (.N 3 )Fc  u c   .N i .l i

12


Trong đó: ,  – hệ số lấy theo phương pháp thi công. Đối với cọc bê tông cốt thép thi cơng theo
phương pháp đóng:  = 2 kPa;  = 400 kPa.

Cát pha chảy,
N=2
N60 = 2

Cát pha dẻo
N = 12
N60 = 7

Cát hạt bung

Fc = 0,35 x 0,35 = 0,1225 m2
uc = 0,35 x 4 = 1,40 m
Pđn = 13200.0,1225+ 1,4(4.7,5+24.5,5+66.5)
= 1617 + 689 = 2306 kPa
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền

 P dn 

Pdn 2306

 768kN 750kN
FS
3, 0

Ghi chú:
a) Dự báo Pđn theo công thức Decourt (1982):
13

i 

N
 10(kPa)
0,3

1 

2
 10  16, 7(kPa)
0,3

2 

12
 10  50, 0(kPa)
0,3

3 

33
 10  120(kPa)
0,3

Rn = .Nn
R3 = 400.33 = 13200 kPa
Pđn = 13200.0,1225 + 1,4(16,7.7,5 + 50.5,5 + 120.5)
= 1617 + 1400 = 3017 kN
b) Dự báo theo công thức Fukui & Shioi (1982)
i (đất cứng) 

N
N
(kPa) ; i (đất cát) 
(kPa)
0,1
0,5

1 

2
 20(kPa)
0,1

2 

12
 120(kPa)
0,1

3 

33
 66(kPa)
0,5

R n = qn

qn
L

 f(N, n )  300 (theo đồ thị hình IV.13, sách nền móng)
N
Dc
R3 = 300. 33 = 9900 kPa
Pđn = 9900.0,1225 +1,4(20.7,5 + 120.5,5 + 66.5)
= 1213+1596 = 2809 kN
c) Có thể nhận xét thấy sự sai khác về kết quả dự báo theo các đề nghị (cơng thức) khác nhau là
khơng nhiều, trong đó dự báo theo đề nghị của Meyerhoff (1976) cho kết quả thiên về an toàn.
8.2.4 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu
14


[P]vl = Rb.(Fc – Fs) + Rs.Fs
Đối với cọc đúc sẵn có thể lấy : [P]vl  Rb.Fc
Trong đó: Rc – cường độ chịu nén tính tốn của bê tơng cọc; Fc – diện tích tiết diện cọc; Fs – diện
tích tiết diện thép.
8.2.5 Lựa chọn sức chịu tải cho phép của cọc
Căn cứ kết quả dự báo theo các tình huống kể trên, khi chưa có kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc,
có thể lựa chọn sức chịu tải cho phép của cọc theo giá trị nhỏ nhất hoặc gần với giá trị nhỏ nhất.
Giá trị được lựa chọn nên chẵn đến 10 kN đối với cọc có sức chịu tải cho phép dưới 350 kN, đến
50 kN đối với cọc có sức chịu tải cho phép đến 1000 kN, đến 100 kN đối với cọc có sức chịu tải
cho phép dưới 5000 kN và đến 500 kN với các cọc lớn hơn. Nói chung nên thiết kế/lựa chọn sao
cho sức chịu tải của cọc theo vật liệu không nhỏ hơn sức chịu tải cực hạn theo đất nền.
Ví dụ 3.7. Dự báo sức chịu tải của cọc được đề xuất trong ví dụ 3.1 với phương án cọc
vng 30 x 30 (cm), dài 14m bằng bê tông cốt thép cấp độ bền B25.
Giải:
Trụ địa chất và sơ đồ phân tích cọc xem hình vẽ dưới đây.
a) Dự báo dựa vào kết quả khoan và phân tích mẫu
i = f (đất lớp I; Li) xác định theo bảng 22 phụ lục I:

1 = f (sét chảy; B = 1,28; L1 = 2) = 0kPa
2 = f (sét cứng; B = –0,03; L2 = 7,40) = 61 kPa
3 = f (cát vừa; D = 0,60; L3 = 12,4) = 68kPa
Rn = f (đất lớp n; L) xác định theo bảng 23:
Rn = R3 = f (cát vừa, D = 0,6; L = 14,0) = 4320 kPa.
Sức kháng giới hạn của đất lên cọc:
3

Pdn  u c  i l i  Fc .R3
i 1

= 1,2(0.4,0 + 61.6,8 + 68.3,2) + 0,09.4320
= 1147,7  1150 kN
Sức chịu tải tính tốn của cọc theo đất nền:
3

Ptt = mR(Fc.Rn) + m( u c  i l i )
i 1

Đối với cọc bê tông cốt thép thi cơng theo phương pháp đóng/ép, theo bảng 25 ta có:

15


mR = m = 1 do đó Ptt = Pđn = 1150 kN.
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:

[P]dn 

Ptt 1150


 821 kN
kd
1, 4

Sét chảy, B = 1,28;
 = 17,5kN/m ;
3

qc = 250 kPa; N = 1 ; N60 = 2
cu = 12 kPa; Eo = 1,2 MPa

Sét cứng, B = 0,03;
 = 18,8kN/m ;
3

qc = 1300 kPa; N = 18 ;
N60 = 11
’ = 14 30’; c’ = 25kPa
o

cu = 100 kPa; Eo = 6,5 MPa

Cát vừa, chặt vừa, D = 0,60;
 = 19,0kN/m ;
3

qc = 5600 kPa; N = 36 ;
N60 = 15
’ = 31 ; Eo = 15 MPa

o

b) Dự báo dựa vào kết quả thí nghiệm CPT
q
i  ci  i max
i
Trong đó: I = f(loại đất i; qci, phương pháp thi công) lấy theo bảng 24 phụ lục I.
imax = f(loại đất i; qci, phương pháp thi công) lấy theo bảng 24 phụ lục I.
+ 1 = f(bùn sét, qc = 250, cọc đóng) = 30
16


1max = 15kPa.

1 

250
 8,3 kPa  1max  1 = 8,3 kPa
30

+ 2 = f(sét cứng, qc = 1300, cọc đóng) = 30
2max = 15kPa.

2 

1300
 43,3 kPa  2max  2 = 2max = 15 kPa
30

+ 3 = f(sét vừa, qc = 5600, cọc đóng) = 100

3max = 120kPa.

3 

5600
 56 kPa  3max  3 = 56 kPa
100

Rn = kn.qcn
Trong đó: kn = k3 = 0,5 (lấy theo bảng 24, phụ lục I)
Rn = R3 = 0,5. 5600 = 2800 kPa
Sức kháng giới hạn của đất lên cọc:
3

Pdn  u c  i l i  Fc .R3
i 1

= 2800.0,09 + 1,2(8,3.4,0 + 15.6,8 + 56.3,2)
= 252 + 377 = 629 kN
Sức kháng cho phép của đất nền lên cọc:

[P]dn 

Pms Pmui 377 252



 352 kN
Fs1
Fs2

1,5 2,5

c) Dự báo dựa vào kết quả thí nghiệm SPT
i = Ni = 2.Ni (kPa)
1 = 2.1 = 2 kPa
2 = 2.18 = 36 kPa
3 = 2.36 = 72 kPa
Rn = .Nn = 400.Nn
Rn = R3 = 400.36 = 14.400 kPa.
Sức kháng giới hạn của đất nền lên cọc:
17


3

Pdn  u c  i l i  Fc .R3
i 1

= 1,2(2.4,0 + 36.6,8 + 72.3,2) + 14400.0,09
= 1875,8 kN
Sức kháng cho phép của đất lên cọc:

[P]dn 

Pdm 1875,5

 625 kN
Fs
3, 0

d) Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:
Kết quả dự báo sức kháng cho phép của đất nền lên cọc theo các phương pháp khảo sát khác
nhau có giá trị chênh lệch tương đối nhiều, trong đó dự báo theo kết quả CPT có giá trị thấp nhất.
Các kết quả dự báo lần lượt là 821; 352 và 625 (kN).
Kiến nghị cho [P]đn = 625 kN theo kết quả thí nghiệm SPT cho các phân tích và dự báo tiếp
theo:
Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền:
[P] = [P]đn –

Wc
 625  35  590 kN
Fsc

Trong đó: Wc – trọng lượng tồn bộ cọc;
Wc = Fc.Lc.tt = 31,5 kN
Fsc – hệ số an toàn theo trọng lượng, Fsc = 0,9.
e) Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu
[P]vl = Fc.Rb = 0,09.14500 = 1305 kN
Trong đó:
Rb – cường độ tính tốn của bê tông cọc, lấy theo bảng 36, phụ lục I.
Với bê tông B25, Rb = 14500 kPa
Sức chịu tải cho phép của cọc:
[P] = min{[P]đn;[P]vl}=min {590;1305} = 590 kN  600kN
Chọn [P] = 600 kN.
8.3

Số lượng và bố trí cọc

8.3.1 Sơ bộ lựa chọn số lượng cọc
=

[ ]

18

.


Trong đó, N0 – tổng tải trọng thẳng đứng ở mức mặt đất;  – hệ số dự trữ xét đến ảnh hưởng của
mô men, M0, và trọng lượng đài cọc, khi thiết kế sơ bộ có thể lấy  = 1.2 ÷ 2.0.
8.3.2 Mặt bằng bố trí cọc
Hai kiểu mặt bằng cọc được áp dụng phổ biến trong thiết kế là bố trí theo sơ đồ tam giác cân
hoặc hình chữ nhật. Các dạng sơ đồ khác (hình trịn/ bất kì) cũng có thể áp dụng tuỳ theo dạng
mặt bằng đáy cơng trình.
Khi bố trí cọc, khoảng cách giữa các cọc liền kề nên nằm trong khoảng (3 ÷ 6)Dc để đảm bảo có
thể thi cơng thuận lợi và tận dụng tối đa khả năng chịu tải của đất nền mà khơng làm tăng kích
thước đài cọc một cách vơ lối.
Các dạng mặt bằng cơ bản sau đây có thể dùng, tham khảo để mở rộng.

19


8.4

Chọn kích thước đài cọc và độ sâu chơn đài (cho móng cọc đài thấp)

Kích thước đài cọc được lựa chọn tuỳ theo mặt bằng cọc sao cho đủ để bao hết tất cả các cọc và
đảm bảo khoảng cách từ mép ngồi cùng của cọc đến mép đài khơng ít hơn một nửa kích thước
tiết diện cọc (1/2Dc)
Độ sâu chơn đài đối với móng cọc đài thấp phải đảm bảo

ℎđ ≥

(3 ÷ 6 )Dc

2)

Dc

(3

÷

6

Dc

(45 +

Dc

Dc

Trong đó, – góc ma sát của đất trên đáy đài;  – trọng lượng riêng của đất trên đáy đài; b – bề
rộng cạnh đài vng góc với hướng tác dụng của tải trọng ngang Q0 (nếu Q0 bao gồm hai thành
phần liên hợp thì b được xác định tương ứng với hai thành phần đó).
Chiều cao đài, h, nên chọn trong khoảng (0.7 ÷ 1.0) hđ.
* Đối với móng cọc đài cao, đáy đài lựa chọn chủ yếu phụ thuộc điều kiện thi cơng.
Ví dụ 3.8. Tiết diện cột 300 × 500(mm). Tải trọng chân cột (cốt 0,0): No = 3200 kN; Qo = 75
kN; Mo = 360kNm.
Điều kiện địa chất cơng trình và phân tích lựa chọn cọc theo kết quả của ví dụ 3.7.

Hãy thực hiện một phương án sơ bộ móng cọc đài thấp.
Giải:
Từ kết quả ví dụ 3.7 sức chịu tải cho phép của cọc: [P] = 600kN
Số lượng cọc sơ bộ:

nc 

No
3200
. 
.1, 2  6 (cọc)
[P]
600
20


Phương án sơ bộ móng cọc đài thấp được thể hiện trong hình vẽ dưới đây.

Độ sâu chơn đài:

 Qb
0
75
h d  0, 7tg(45o  )
 0, 7.tg(45o  )
 1,15 m
2 .b
2 1, 6.17,5
Trong đó:  = 17,5 kN/m3;  = 0 (xem trụ địa chất ví dụ 3.1)
Chiều cao đài:

h = (0,7  1,0)hđ = (0,8  1,1)m
Chọn độ sâu chôn đài: hđ = 1,20m
Chiều cao đài: h = 0,8m

21


Chương 9: Tính tốn kiểm tra móng cọc
9.1

Kiểm tra cọc

9.1.1 Kiểm tra kết cấu cọc BTCT đúc sẵn trong quá trình thi cơng
Mỗi đoạn cọc có thể được bố trí 2 hoặc 3 móc cẩu phục vụ q trình thi công bao gồm vận
chuyển cọc và lắp dựng cọc lên giá búa máy/giá máy ép. Một số trường hợp cọc khơng bố trí
móc cẩu, khi thi cơng sử dụng dây buộc thì vị trí buộc dây cũng tương tự khi có móc cẩu.
Nói chung mơ men uốn lớn nhất xuất hiện khi lắp dựng cọc xác định theo công thức sau:
=

8

đ

( đ−2 )
( đ− )

Trong đó: Lđ – chiều dài đoạn cọc; b – khoảng cách (ngắn) từ đầu đoạn cọc đến vị trí móc cẩu; q
– trọng lượng cọc trên 1 mét dài
Lưu ý: Trư ờng hợp có ba móc cẩu trên một đoạn cọc, b là khoảng cách đến móc cẩu giữa trong
khi nếu chỉ bố trí 2 móc cẩu thì b chính là khoảng cách đến một trong hai móc cẩu đó.

Giá trị mơ men tính theo cơng thức trên được dùng để tính tốn thiết kế cốt thép dọc của cọc theo
cơng thức sau:
=

0.9

ℎ

trong đó Fa là tổng diện tích các thanh cốt thép về một mặt; h0 là chiều cao làm việc của tiết diện
cọc tính như dầm chịu uốn một phía.
Ví dụ 3.9. Tính toán – Thiết kế cốt thép dọc cho cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông 30 x 30
(cm) dài 14 m được cấu tạo làm 2 đoạn, mỗi đoạn 7m. Bê tông cọc B25, cốt thép AI.
Giải:
Đoạn cọc dài 7m, chỉ bố trí hai móc cẩu. Sơ đồ cấu tạo như dưới đây:

Mô men uốn lớn nhất xuất hiện khi thi công:

M max

qL2d

8

 (L d  2b) 


 (L d  b) 

2

22


Trong đó:
q – Trọng lượng một mét dài cọc;
q = Fc.l.bt. = 0,09.1.25.1,5 = 3,375 kN/m
Fc – diện tích tiết diện cọc, Fc = (0,3)2 = 0,09 m2
bt – trọng lượng riêng của bê tông, bt = 25 kN/m3
 – Hệ số an toàn về trọng lượng khi cẩu lắp
(bao gồm cả hiệu ứng động),  = 1,5
Lđ – Chiều dài đoạn cọc phân tích, Lđ = 7m;
b – Khoảng cách từ đầu cọc đến vị trí móc hoạt động;
b = 1,4m (lưu ý, trong trư ờng hợp này b = a = 1,4m)
2

M max

Fa 

3,375.72  (7  2.1, 4) 

 (7  1, 4)   11, 63 kNm
8



M max
11, 63

 2,13.10 4 m2

0, 9.Rs .h o 0, 9.225000.0, 27

Fa  2,13 cm2
Chọn 2 thanh 14: Fa (214) = 3,00 cm2.
Ví dụ 3.10. Cọc bê tơng cốt thép tiết diện vuông 30 x 30 (cm) được cấu tạo một đoạn dài 9,5
m. Bê tông cọc B25, cốt thép AI. Xác định cốt thép dọc cần thiết và vẽ cấu tạo tiết diện cọc.
Giải:
Cấu tạo cọc – đoạn cọc như hình v ẽ:

Mơ men khi vận chuyển:

23


M1 

qa 2
 6, 75 kNm
2

Trong đó q = 0,09.25.1,5 = 3375 kN/m
Mô men khi cẩu lắp:

qb 2
M2 
 13, 71 kNm
2
2

qL2d  (L d  2b) 

M3 

  12, 43 kNm
8  (L d  b) 
Mô men lớn nhất khi thi công:
Mmax = max {M1; M2; M3} = 13,71 kNm

Diện tích cốt thép yêu cầu:

Fa 

13, 71
 2,51.10 4 m2
0, 9.225000.0.27

Chọn 216, bố trí như hình v ẽ.

Đối với cọc ép, lực ép lớn nhất lên đầu cọc khơng được vượt q giá trị
Pmax = Fc.Rbn
Trong đó: Rbn– cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông cọc.
9.1.2 Kiểm tra sức chịu tải của cọc trong quá trình khai thác cơng trình
Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc theo điều kiện:
24


Pw ≤ k.[P]
Trong đó: k ≤ 1.2 là hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men tác dụng ở chân cột. Chỉ lấy giá trị k >
1 khi mô men chủ yếu do tải trọng tạm thời gây ra.
Pw – tải trọng làm việc của cọc (tải trọng từ cơng trình tác dụng lên cọc) xác định theo cơng thức
sau:

=

+

+

∑

∑

Trong đó: Pi – tải trọng lên cọc thứ i ; N – tổng tải trọng thẳng đứng ở đáy đài; Mx, My – tải trọng
mô men quanh trục x, y tác dụng lên móng, lấy bằng giá trị tương ứng ở chân cột có xét đến độ
lệch giữa trọng tâm các tiết diện cọc so với trọng tâm đáy đài; (xi, yi) – toạ độ trọng tâm tiết diện
cọc trong hệ toạ độ quán tính chính trung tâm của các tiết diện cọc ở cao trình đáy đài .
- Tổng tải trọng thẳng đứng ở đáy đài:
N = N0 + W
Trong đó: N0 – tổng tải trọng thẳng đứng (từ cơng trình) ở cao trình mặt đất; W – trọng lượng
của đài cọc và đất lấp trên đài.
- Mô men ở đáy đài có xét đến độ lệch giữa trọng tâm đài và trọng tâm các tiết diện cọc:
M = M0 + N0.e
Trong đó: M0 = {M0x; M0y} – mơ men ở cao trình mặt đất; e = {ex; ey} – độ lệch giữa trọng tâm
đáy đài với trọng tâm các tiết diện cọc.
Ví dụ 3.11. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc trong móng cọc đài thấp đã lựa chọn ở ví dụ
3.8.
Giải:
Tổng tải trọng ở đáy đài:
N = No + (l.b.hđ)  = 3200 + 2,4.1,6.20 = 3276,8 kN
Sơ đồ phân tích cho trong hình vẽ dưới đây
Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức:

PWi 

N M x .y i M y .x i N M x .y i 3276,8 360.y i
 n
 n

 n


c
c
c
nc
nc
6
3, 24
2
2
2
 yi  xi
 yi
i 1

i 1

i 1

Trong đó: (xi, yi) – tọa độ của cọc thứ i.
My = 0
nc – số lượng cọc trong móng; nc = 6.

25